Construção de um variador de frequência

A dificuldade de controlo de um motor de indução, bem como o armazenamento de energia CC e posterior utilização como energia alternada promoveram o desenvolvimento de variadores de frequência e inversores. Assim, como projeto de tese de mestrado em Automação e Sistemas surge o desenvolvimento de um variador de frequência. Para elaboração do variador de frequência efetuou-se um estudo sobre as técnicas de modulação utilizadas nos inversores. A técnica escolhida e utilizada é a Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). Esta técnica baseia-se na modelação por largura de impulso (PWM), o qual é formado por comparação de um sinal de referência com um sinal de portadora de elevada frequência. Por sua vez, a topologia escolhida para o inversor corresponde a um Voltage Source Inverter (VSI) de ponte trifásica completa a três terminais. O desenvolvimento da técnica de modulação SPWM levou ao desenvolvimento de um modelo de simulação em SIMULINK, o qual permitiu retirar conclusões sobre os resultados obtidos. Na fase de implementação, foram desenvolvidas placas para o funcionamento do variador de frequência. Assim, numa fase inicial foi desenvolvida a placa de controlo, a qual contém a unidade de processamento e que é responsável pela atuação de Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs). Para além disso, foi desenvolvida uma placa para proteção dos IGBTs (evitando condução simultânea no mesmo terminal) e uma placa de fontes isoladas para alimentação dos circuitos e para atuação dos IGBTs. Ainda, foi desenvolvida a técnica de SPWM em software para a unidade de controlo e finalmente foi desenvolvida uma interface gráfica para interação com o utilizador. A validação do projeto foi conseguida através da variação da velocidade do motor de indução trifásico. Para isso, este foi colocado a funcionar a diversas frequências de funcionamento e a diferentes amplitudes. Para além disso, o seu funcionamento foi também validado utilizando uma carga trifásica equilibrada de 3 lâmpadas de forma a ser visualizada a variação de frequência e variação de amplitude.

Energy Harvesting for Autonomous Underwater Vehicles

In this study, energy production for autonomous underwater vehicles is investigated. This project is part of a bigger project called TURTLE. The autonomous vehicles perform oceanic researches at seabed for which they are intended to be kept operational underwater for several months. In order to ful l a long-term underwater condition, powerful batteries are combined with \micro- scale" energy production on the spot. This work tends to develop a system that generates power up to a maximum of 30 W. Latter energy harvesting structure consists basically of a turbine combined with a generator and low-power electronics to adjust the achieved voltage to a required battery charger voltage. Every component is examined separately hence an optimum can be de ned for all, and subsequently also an overall optimum. Di erent design parameters as e.g. number of blades, solidity ratio and cross-section area are compared for di erent turbines, in order to see what is the most feasible type. Further, a generator is chosen by studying how ux distributions might be adjusted to low velocities, and how cogging torque can be excluded by adapted designs. Low-power electronics are con gured in order to convert and stabilize heavily varying three-phase voltages to a constant, recti ed voltage which is usable for battery storage. Clearly, di erent component parameters as maximum power and torque are matched here to increase the overall power generation. Furthermore an overall maximum power is set up for achieving a maximum power ow at load side. Due to among others typical low velocities of about 0.1 to 0.5 m/s, and constructing limits of the prototype, the vast range of components is restricted to only a few that could be used. Hence, a helical turbine is combined in a direct drive mode to a coreless-stator axial- ux permanent-magnet generator, from which the output voltage is adjusted subsequently by a recti er, impedance matching unit, upconverter circuit and an overall control unit to regulate di erent component parameters. All these electronics are combined in a closed-loop design to involve positive feedback signals. Furthermore a theoretical con guration for the TURTLE vehicle is described in this work and a solution is proposed that might be implemented, for which several design tests are performable in a future study.

Electromagnetism based approach to Sector design in Waste Collection

For efficient planning of waste collection routing, large municipalities may be partitioned into convenient sectors. The real case under consideration is the municipality of Monção, in Portugal. Waste collection involves more than 1600 containers over an area of 220 km2 and a population of around 20,000 inhabitants. This is mostly a rural area where the population is distributed in small villages around the 33 boroughs centres (freguesia) that constitute the municipality. In most freguesias, waste collection is usually conducted 3 times a week. However, there are situations in which the same collection is done every day. The case reveals some general and specific characteristics which are not rare, but are not widely addressed in the literature. Furthermore, new methods and models to deal with sectorization and routing are introduced, which can be extended to other applications. Sectorization and routing are tackled following a three-phase approach. The first phase, which is the main concern of the presentation, introduces a new method for sectorization inspired by Electromagnetism and Coulomb’s Law. The matter is not only about territorial division, but also the frequency of waste collection, which is a critical issue in these types of applications. Special characteristics related to the number and type of deposition points were also a motivation for this work. The second phase addresses the routing problems in each sector: new Mixed Capacitated Arc Routing with Limited Multi-Landfills models will be presented. The last phase integrates Sectoring and Routing. Computational results confirm the effectiveness of the entire novel approach.

Influência da actividade do tronco inferior na sequência de activação muscular proximal durante o passo (fase de apoio) - em crianças com quadro motor diplegia

A marcha assegura uma progressão do corpo, compatível com o equilíbrio dinâmico e adaptada a potenciais factores destabilizadores, de um ponto de vista antecipatório, através de sinergias coordenadas entre os MSs, o tronco e os MIs. O tronco inferior tem um papel preponderante na marcha, sobretudo na estabilização necessária durante a fase de apoio. Esta actividade implica mobilidade pélvica e alongamento activo dos abdominais para conseguir a relação comprimento-tensão muscular óptima entre quadricípite e isquiotibiais, permitindo uma correcta sequência, timing e amplitude de activação. Nas crianças com alterações neuromotoras existem alterações no controlo do movimento e na estrutura do próprio movimento, alterando todo este processo. Como tal, este estudo tem como principal objectivo determinar a influência da actividade do tronco inferior na activação muscular proximal durante a fase de apoio da marcha, em crianças com quadro motor de diplegia, caracterizada por uma dificuldade na relação entre os membros e entre estes e o tronco. Para responder a este objectivo realizou-se um estudo de série de casos, com 2 crianças com quadro motor de diplegia. Efectuou-se EMG dos músculos abdominais, quadricípite e isquiotibiais e análise de imagem (para amplitude da CF) durante a marcha, em ambos os membros e em dois momentos de avaliação, separados por 2 meses, nos quais se realizou um protocolo de intervenção terapêutica adequado a cada caso. Os resultados indicam que a variação de amplitude da CF desde a fase de ataque ao solo à fase média de apoio é aproximadamente igual em M0e M1; concretamente, a amplitude inicial é inferior à de referência (pouca flexão) (melhor em M0) e a amplitude final é superior à de referência (pouca extensão) (melhor em M1). Estes resultados são idênticos em ambos os casos. Na EMG verificou-se uma actividade mais global e sincronizada de todos os músculos, mantendo-se aproximadamente a mesma percentagem de activação em M1, sobretudo no caso 1. No caso 2 verificou-se uma maior eficiência na variação da percentagem de activação dos abdominais, em M1, e dos isquiotibiais, à direita. Em conclusão, pode dizer-se que, em crianças com alterações neuromotoras (quadro motor de diplegia), uma actividade mais eficiente e sincronizada no tempo do tronco inferior, nomeadamente dos abdominais, contribui para uma maior capacidade de extensão da CF, durante a fase de apoio.

Shannon, rényie and tsallis entropy analysis of DNA using phase plane

This paper analyzes DNA information using entropy and phase plane concepts. First, the DNA code is converted into a numerical format by means of histograms that capture DNA sequence length ranging from one up to ten bases. This strategy measures dynamical evolutions from 4 up to 410 signal states. The resulting histograms are analyzed using three distinct entropy formulations namely the Shannon, Rényie and Tsallis definitions. Charts of entropy versus sequence length are applied to a set of twenty four species, characterizing 486 chromosomes. The information is synthesized and visualized by adapting phase plane concepts leading to a categorical representation of chromosomes and species.

A multidimensional scaling analysis of musical sounds based on pseudo phase plane

This paper studies musical opus from the point of view of three mathematical tools: entropy, pseudo phase plane (PPP), and multidimensional scaling (MDS). The experiments analyze ten sets of different musical styles. First, for each musical composition, the PPP is produced using the time series lags captured by the average mutual information. Second, to unravel hidden relationships between the musical styles the MDS technique is used. The MDS is calculated based on two alternative metrics obtained from the PPP, namely, the average mutual information and the fractal dimension. The results reveal significant differences in the musical styles, demonstrating the feasibility of the proposed strategy and motivating further developments towards a dynamical analysis of musical sounds.

Aplicação de dispositivos analógicos reconfiguráveis

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Comportamento motor do tronco e membro superior, num sistema de posicionamento rígido e dinâmico, durante atividade

A funcionalidade dos indivíduos com Paralisia Cerebral está muitas vezes comprometida devido às alterações do movimento e do controlo postural. Dadas estas alterações, a posição de sentado oferece uma maior estabilidade sendo muitas das atividades de vida diária desempenhadas nesta posição. O objetivo mais importante de intervenção é obter o máximo de funcionalidade na posição de sentado, particularmente do membro superior. Este objectivo, na maioria das vezes, só pode ser atingido com o uso de sistemas de posicionamento que tentam colmatar as alterações posturais e do movimento. Assim, o objetivo deste estudo de caso é verificar se existem diferenças no comportamento motor do tronco e do membro superior, com um sistema de posicionamento rígido e com um sistema de posicionamento dinâmico, numa jovem com Paralisia Cerebral, aquando da ativação manual de um switch. Foi realizado um estudo de caso único em que foi feita uma análise cinemática do movimento do tronco e membro superior na ativação de um switch BigMack, em três posições de teste com distâncias diferentes. Simultaneamente mediu-se a distribuição do peso durante o movimento, através do mapa de pressão e foi registada, bilateralmente a atividade dos músculos trapézio (porção média), longuíssimo, recto abdominal e oblíquo externo. Os resultados obtidos apontam, neste caso em particular, para uma melhoria na qualidade do movimento e da distribuição de peso, com o sistema de posicionamento dinâmico, sem diferenças entre os dois sistemas relativamente à ativação muscular.

Analysis of the respiratory dynamics during normal breathing by means of pseudo phase plots and pressure-volume loops

This paper reports on the analysis of tidal breathing patterns measured during noninvasive forced oscillation lung function tests in six individual groups. The three adult groups were healthy, with prediagnosed chronic obstructive pulmonary disease, and with prediagnosed kyphoscoliosis, respectively. The three children groups were healthy, with prediagnosed asthma, and with prediagnosed cystic fibrosis, respectively. The analysis is applied to the pressure–volume curves and the pseudophaseplane loop by means of the box-counting method, which gives a measure of the area within each loop. The objective was to verify if there exists a link between the area of the loops, power-law patterns, and alterations in the respiratory structure with disease. We obtained statistically significant variations between the data sets corresponding to the six groups of patients, showing also the existence of power-law patterns. Our findings support the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry and tissue parameters, leading, in turn, to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Ajustes posturais antecipatórios no alcance em crianças com hemiparésia espástica

Objectivos: Verificar o comportamento dos Ajustes Posturais Antecipatórios no alcance, em três crianças com hemiparésia espástica, face à aplicação de uma intervenção em Fisioterapia baseada numa abordagem segundo o conceito de Bobath. Pretendeu-se também perceber as modificações ao nível das actividades e participação, bem como ao nível da capacidade de modificação das componentes neuromotoras. Metodologia: A avaliação foi realizada antes e três meses após a intervenção através da electromiografia de superfície, máquina fotográfica Canon EOS, Classificação Internacional de Funcionalidade para Crianças e Jovens (CIF-CJ) e Sistema de Classificação da Função Motora Global (GMFCS). Resultados: Verificou-se melhorias nos Ajustes Posturais Antecipatórios no alcance com os dois membros superiores, nomeadamente no tempo de activação e na duração da actividade muscular, bem como alterações positivas nas componentes neuromotoras, como na sequência de movimento de sentado para de pé, e de pé para sentado, e marcha mais especificamente na fase pendular com o membro inferior predominantemente comprometido. Também se verificou após a intervenção uma maior funcionalidade nas três crianças, verificando-se alterações positivas nos qualificadores nas actividades e participação. Conclusão: A intervenção com base no conceito de Bobath induziu mudanças positivas quanto à funcionalidade das crianças, reflectindo-se nos Ajustes Posturais Antecipatórios e na reorganização de componentes de movimento.

Influência de diferentes estratégias de estabilização lombopélvica e de programas de exercícios de controlo motor no Active Straight Leg Raise

Introdução: O Active Straight Leg Raise (ASLR) tem sido sugerido como um indicador clínico da estabilidade lombopélvica. Estratégias passivas e ativas podem contribuir para aumentar esta estabilidade, assim como programas de exercício baseados nas mesmas estratégias ativas. Objetivos: Comparar os efeitos imediatos da compressão pélvica manual (CP), do drawing-in (DI) e do bracing abdominal (BA) durante o ASLR em indivíduos com e sem dor lombopélvica crónica e inespecífica, e avaliar o efeito prolongado das manobras de estabilização ativas através dos programas de exercícios de controlo motor, Pilates e McGill. Métodos: Estudo transversal, com uma amostra de 111 voluntários, 52 sem dor lombopélvica (NLPPG) e 59 com dor lombopélvica (LPPG), e estudo experimental, formado pelo LPPG dividido em 19 no grupo controlo (GC), 20 no grupo pilates (GP) e 20 no grupo mcgill (GMg). Foi avaliado o ASLR padrão, o ASLR com CP, o ASLR com DI e ASLR com BA. Os participantes foram avaliados antes e após as 8 semanas de implementação dos programas exercícios de McGill e Richardson, apenas aos respetivos grupos. Resultados: O LPPG apresentou significativamente maior score no ASLR comparativamente ao NLPPG (z=-9,361; p<0,001). Apesar do BA ter apresentado scores inferiores às restantes estratégias (p<0,001), todas elas foram capazes de diminuir o score do ASLR (p<0,001). Após a aplicação dos programas de exercícios, verificou-se que o GP (p<0,001) e o GMg (p<0,001) apresentaram scores significativamente menores no ASLR, relativamente ao GC. No GP e no GMg verificou-se uma diminuição do score do ASLR (Z=-4,028; p<0,001; Z=-4,179; p<0,001, respetivamente). Além disso, GMg apresentou uma tendência para apresentar menores scores do ASLR comparativamente ao GP. Conclusão: Qualquer uma destas manobras de estabilização quando adicionada ao ASLR pode aumentar a estabilidade lombopélvica, especialmente o BA. Os exercícios de Pilates e de McGill permitiram melhorar os scores do ASLR.

Comparison of Disposable Pipette Extraction and Dispersive Solid-Phase Extraction in the QuEChERS Method for Analysis of Pesticides in Strawberries

In this study, we sought to assess the applicability of GC–MS/MS for the identification and quantification of 36 pesticides in strawberry from integrated pest management (IPM) and organic farming (OF). Citrate versions of QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) using dispersive solid-phase extraction (d-SPE) and disposable pipette extraction (DPX) for cleanup were compared for pesticide extraction. For cleanup, a combination of MgSO4, primary secondary amine and C18 was used for both the versions. Significant differences were observed in recovery results between the two sample preparation versions (DPX and d-SPE). Overall, 86% of the pesticides achieved recoveries (three spiking levels 10, 50 and 200 µg/kg) in the range of 70–120%, with <13% RSD. The matrix effects were also evaluated in both the versions and in strawberries from different crop types. Although not evidencing significant differences between the two methodologies were observed, however, the DPX cleanup proved to be a faster technique and easy to execute. The results indicate that QuEChERS with d-SPE and DPX and GC–MS/MS analysis achieved reliable quantification and identification of 36 pesticide residues in strawberries from OF and IPM.

A New Electronic Approach for the Surgical Safety Checklist

To improve surgical safety, and to reduce the mortality and surgical complications incidence, the World Health Organization (WHO) developed the Surgical Safety Checklist (SSC). The SSC is a support of information that aids health professionals to reduce the number of complications, induction of anaesthesia, period before skin incision and period before leaving the operating room (OR). The SSC was tested in several countries of the world and their results shown that after introduction of the SSC the incidence of patient complication lowered from 11.0% to 7.0% (P<0.001), the rate of death declined from 1.5% to 0.8% (P = 0.003) and the nurses recognized that patients identity was more often con rmed (81.6% to 94.2%, P<0.01) in many institutions. Recently the SSC was also implemented in Portuguese hospitals, which led us to its study in the real clinical environment. An observational study was performed: several health professionals were observed and interviewed, to understand the functioning of the SSC in an OR, during the clinical routine. The objective of this study was to understand the current use of the SSC, and how it may be improved in terms of usability, taking advantage of the technological advancements such as mobile applications. During two days were observed 14 surgeries, only 2 surgeries met the requirements for the three phases of the SSC, as de ned by the WHO. Of the remaining 12 observed surgeries, 9 surgeries completed the last phase at the correct time. It was also observed that only in 2 surgeries all the phases of the SSC were read aloud to the team and that, in 7 surgeries, several items were read aloud and answered but no one was checking the SSC, only after the end of the phase. The observational study results disclose that several health professionals do not meet with rules of the WHO manual. This study demonstrates that it is urgent to change the mindset of health professionals, and that di erent features in the SSC may be useful to make it more easy to use. With the results of the observational study, a SSC application proposal was developed with new functionalities to improve and aid the health professional in its use. In this application the user can chose between a SSC already created to a speci c surgery or to create a new SSC, adding and adapting some questions from the WHO standard. To create a new SSC, the application is connected to an online questionnaire builder (JotForm). The choice for this online questionnaire builder went through three essential characteristics: number of types of questions, mainly checkbox, radio button and text; the possibility of to create sections inside sections and the API. In addition, in this proposal the improvements are focused in forcing the user to focus in the work ow of the SSC and to save the input timestamps and any actions made by them. Therefore, the following features was implemented to achieve that goal: display one item of the SSC at a time; display the stage where the SSC is; do not allow going back to the previous step; do not allow going forward to the next item if the current is not lled; do not allow going forward to the next item if the time it took to ll the item was too short and log any action made by the user.

Polycyclic aromatic hydrocarbons: levels and phase distributions in preschool microenvironment

This work aims to characterize levels and phase distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in indoor air of preschool environment and to assess the impact of outdoor PAH emissions to indoor environment. Gaseous and particulate (PM1 and PM2.5) PAHs (16 USEPA priority pollutants, plus dibenzo[a,l]pyrene, and benzo[j]fluoranthene) were concurrently sampled indoors and outdoors in one urban preschool located in north of Portugal for 35 days. The total concentration of 18 PAHs (ΣPAHs) in indoor air ranged from 19.5 to 82.0 ng/m3; gaseous compounds (range of 14.1–66.1 ng/m3) accounted for 85% ΣPAHs. Particulate PAHs (range 0.7–15.9 ng/m3) were predominantly associated with PM1 (76% particulate ΣPAHs) with 5-ring PAHs being the most abundant. Mean indoor/outdoor ratios (I/O) of individual PAHs indicated that outdoor emissions significantly contributed to PAH indoors; emissions from motor vehicles and fuel burning were the major sources.

Reliability of Two Methods for Identifying the Postural Phase of Gait Initiation in Healthy and Post-stroke Subjects

This study aims to compare two methods of assessing the postural phase of gait initiation as to intrasession reliability, in healthy and post-stroke subjects. As a secondary aim, this study aims to analyse anticipatory postural adjustments during gait initiation based on the centre of pressure (CoP) displacements in post-stroke participants. The CoP signal was acquired during gait initiation in fifteen post-stroke subjects and twenty-three healthy controls. Postural phase was identified through a baseline-based method and a maximal displacement based method. In both healthy and post-stroke participants higher intra-class correlation coefficient and lower coefficient of variation values were obtained with the baseline-based method when compared to the maximal displacement based method. Post-stroke participants presented decreased CoP displacement backward and toward the first swing limb compared to controls when the baseline-based method was used. With the maximal displacement based method, there were differences between groups only regarding backward CoP displacement. Postural phase duration in medial-lateral direction was also increased in post-stroke participants when using the maximal displacement based method. The findings obtained indicate that the baseline-based method is more reliable detecting the onset of gait initiation in both groups, while the maximal displacement based method presents greater sensitivity for post-stroke participants.